(एरिन कैंगी, यूनिवर्सिटी ऑफ कोलोराडो बोल्डर)
कोलोराडो, सात मई (द कन्वरसेशन) आज, हमारे पड़ोसी ग्रह शुक्र का वातावरण पिज्जा ओवन जितना गर्म और पृथ्वी पर सबसे शुष्क रेगिस्तान से भी ज्यादा सूखा है - लेकिन यह हमेशा ऐसा नहीं था।
अरबों साल पहले शुक्र ग्रह पर उतना ही पानी था जितना आज पृथ्वी पर है। यदि वह पानी कभी तरल था, तो शुक्र कभी रहने योग्य रहा होगा।
समय के साथ, वह सारा पानी लगभग नष्ट हो गया है। यह पता लगाने से कि कैसे, कब और क्यों शुक्र ने अपना पानी खो दिया, मेरे जैसे ग्रह वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद मिलती है कि क्या चीज़ किसी ग्रह को रहने योग्य बनाती है - या क्या चीज़ एक रहने योग्य ग्रह को एक निर्जन दुनिया में बदल सकती है।
वैज्ञानिकों के पास सिद्धांत हैं जो बताते हैं कि अधिकांश पानी क्यों गायब हो गया, लेकिन जितना उन्होंने अनुमान लगाया था उससे कहीं अधिक पानी गायब हो गया है।
मई 2024 के एक अध्ययन में, मैंने और मेरे सहयोगियों ने पानी हटाने की एक नई प्रक्रिया का खुलासा किया जिस पर दशकों से ध्यान नहीं दिया गया, लेकिन यह पानी की कमी के रहस्य को समझा सकता है।
ऊर्जा संतुलन और पानी की शीघ्र हानि
सौर मंडल में एक रहने योग्य क्षेत्र है - सूर्य के चारों ओर एक संकीर्ण वलय जिसमें ग्रहों की सतह पर तरल पानी हो सकता है।
पृथ्वी मध्य में है, मंगल अत्यधिक ठंडे पक्ष के बाहर है, और शुक्र अत्यधिक गर्म पक्ष के बाहर है। कोई ग्रह इस रहने योग्य स्पेक्ट्रम पर कहां बैठता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि ग्रह को सूर्य से कितनी ऊर्जा मिलती है, साथ ही ग्रह कितनी ऊर्जा उत्सर्जित करता है।
शुक्र पर पानी की अधिकांश हानि कैसे हुई इसका सिद्धांत इसी ऊर्जा संतुलन से जुड़ा है। आरंभिक शुक्र पर, सूरज की रोशनी ने उसके वातावरण में पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में बदल दिया।
वायुमंडलीय हाइड्रोजन किसी ग्रह को गर्म कर देता है - जैसे गर्मियों में बिस्तर पर बहुत सारे कंबल होना।
जब ग्रह बहुत अधिक गर्म हो जाता है, तो यह कंबल को फेंक देता है: हाइड्रोजन प्रवाहित होकर अंतरिक्ष में चला जाता है, इस प्रक्रिया को हाइड्रोडायनामिक एस्केप कहा जाता है। इस प्रक्रिया ने शुक्र से पानी के प्रमुख तत्वों में से एक को हटा दिया। यह ठीक से ज्ञात नहीं है कि यह प्रक्रिया कब घटित हुई, लेकिन संभवतः यह पहले अरब वर्षों के भीतर हुई थी।
अधिकांश हाइड्रोजन हटा दिए जाने के बाद हाइड्रोडायनामिक पलायन रुक गया, लेकिन थोड़ा सा हाइड्रोजन पीछे रह गया। यह पानी की बोतल को खाली करने जैसा है - नीचे अभी भी कुछ बूंदें बची रहेंगी।
ये बची हुई बूंदें वैसे ही बच नहीं सकतीं. शुक्र पर अभी भी कोई अन्य प्रक्रिया चल रही होगी जो हाइड्रोजन को हटाना जारी रखेगी।
छोटी प्रतिक्रियाएं बड़ा अंतर ला सकती हैं हमारे नए अध्ययन से पता चलता है कि शुक्र के वायुमंडल में एक अनदेखी रासायनिक प्रतिक्रिया अपेक्षित और देखे गए पानी के नुकसान के बीच के अंतर को कम करने के लिए पर्याप्त मात्रा में हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकती है।
यह ऐसे काम करता है। वायुमंडल में, गैसीय एचसीओ+ अणु, जो हाइड्रोजन, कार्बन और ऑक्सीजन के एक-एक परमाणु से बने होते हैं और सकारात्मक चार्ज होते हैं, नकारात्मक चार्ज वाले इलेक्ट्रॉनों के साथ जुड़ते हैं, क्योंकि विपरीत आकर्षित होते हैं।
लेकिन जब एचसीओ+ और इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया करते हैं, तो एचसीओ+ एक तटस्थ कार्बन मोनोऑक्साइड अणु, सीओ और एक हाइड्रोजन परमाणु,एच में टूट जाता है। यह प्रक्रिया हाइड्रोजन परमाणु को सक्रिय करती है, जो तब ग्रह के पलायन वेग को पार कर अंतरिक्ष में भाग सकता है। पूरी प्रतिक्रिया को एचसीओ+ पृथक्करणीय पुनर्संयोजन कहा जाता है, लेकिन हम इसे संक्षेप में डीआर कहना पसंद करते हैं।
पानी शुक्र पर हाइड्रोजन का मूल स्रोत है, इसलिए डीआर प्रभावी रूप से ग्रह को सुखा देता है। शुक्र के पूरे इतिहास में डीआर होने की संभावना है, और हमारा काम दिखाता है कि यह संभवतः आज भी जारी है। यह ग्रह वैज्ञानिकों द्वारा पूर्व में गणना की गई हाइड्रोजन पलायन की मात्रा को दोगुना कर देता है, जिससे शुक्र पर वर्तमान हाइड्रोजन पलायन की हमारी समझ उलट जाती है।
डेटा, मॉडल और मंगल के साथ शुक्र को समझना
शुक्र पर डीआर का अध्ययन करने के लिए हमने कंप्यूटर मॉडलिंग और डेटा विश्लेषण दोनों का उपयोग किया।
मॉडलिंग वास्तव में एक मंगल परियोजना के रूप में शुरू हुई। मेरे पीएच.डी. अनुसंधान में यह पता लगाना शामिल था कि किस प्रकार की स्थितियाँ ग्रहों को जीवन के लिए रहने योग्य बनाती हैं। मंगल पर भी पानी हुआ करता था, हालाँकि शुक्र से कम, और इसका अधिकांश भाग अंतरिक्ष के कारण नष्ट हो गया।
मंगल ग्रह के हाइड्रोजन पलायन को समझने के लिए, मैंने मंगल ग्रह के वायुमंडल का एक कम्प्यूटेशनल मॉडल विकसित किया जो मंगल ग्रह के वायुमंडलीय रसायन विज्ञान का अनुकरण करता है। बहुत अलग ग्रह होने के बावजूद, मंगल और शुक्र का ऊपरी वायुमंडल वास्तव में समान है, इसलिए मैं और मेरे सहकर्मी मॉडल को शुक्र तक विस्तारित करने में सक्षम थे।
हमने पाया कि एचसीओ+ डिसोसिएटिव पुनर्संयोजन से दोनों ग्रहों के वायुमंडल में बड़ी मात्रा में निकलने वाले हाइड्रोजन का उत्पादन होता है, जो मंगल ग्रह की परिक्रमा करने वाले उपग्रह, मंगल वायुमंडल और वाष्पशील इवोल्यूशनएन, या एमएवीईएन, मिशन द्वारा लिए गए मापों से सहमत है।
मॉडल का समर्थन करने के लिए शुक्र के वायुमंडल में डेटा एकत्र करना महत्वपूर्ण होगा, लेकिन शुक्र के पिछले मिशनों ने एचसीओ+ को नहीं मापा है - इसलिए नहीं कि यह वहां नहीं है, बल्कि इसलिए कि उन्हें इसका पता लगाने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था। हालाँकि, उन्होंने शुक्र के वायुमंडल में एचसीओ+ उत्पन्न करने वाले अभिकारकों को मापा।
पायनियर वीनस, एक संयोजन ऑर्बिटर और जांच मिशन द्वारा किए गए मापों का विश्लेषण करते हुए, जिसने 1978-1992 तक शुक्र का अध्ययन किया, और रसायन विज्ञान के अपने ज्ञान का उपयोग करते हुए, हमने प्रदर्शित किया कि एचसीओ+ हमारे मॉडल के समान मात्रा में वातावरण में मौजूद होना चाहिए।
पानी का पीछा करें
हमारे काम ने इस पहेली का एक हिस्सा भर दिया है कि ग्रहों से पानी कैसे खो जाता है, जो इस बात को प्रभावित करता है कि कोई ग्रह जीवन के लिए कितना रहने योग्य है। हमने सीखा है कि पानी की कमी सिर्फ एक झटके में नहीं होती, बल्कि समय के साथ कई तरीकों के संयोजन से होती है।
आज डीआर के माध्यम से तेजी से हाइड्रोजन हानि का मतलब है कि शुक्र से शेष पानी को हटाने के लिए कुल मिलाकर कम समय की आवश्यकता है। इसका मतलब यह है कि यदि प्रारंभिक शुक्र पर महासागर कभी मौजूद थे, तो वे हाइड्रोडायनामिक एस्केप और डीआर शुरू होने से पहले वैज्ञानिकों की सोच से कहीं अधिक समय तक मौजूद रह सकते थे।
इससे संभावित जीवन के उद्भव के लिए अधिक समय मिलेगा। हालाँकि, हमारे परिणामों का मतलब यह नहीं है कि महासागर या जीवन निश्चित रूप से मौजूद थे - उस प्रश्न का उत्तर देने के लिए कई वर्षों में बहुत अधिक शोध की आवश्यकता होगी।
नए शुक्र मिशनों और अवलोकनों की भी आवश्यकता है। भविष्य के शुक्र मिशन कुछ वायुमंडलीय माप प्रदान करेंगे, लेकिन वे ऊपरी वायुमंडल पर ध्यान केंद्रित नहीं करेंगे जहां अधिकांश एचसीओ + विघटनकारी पुनर्संयोजन होता है। मंगल ग्रह पर एमएवीईएन मिशन के समान भविष्य का शुक्र ऊपरी वायुमंडल मिशन, समय के साथ स्थलीय ग्रहों के वायुमंडल कैसे बनते और विकसित होते हैं, इसके बारे में हर किसी के ज्ञान का विस्तार कर सकता है।
हाल के दशकों की तकनीकी प्रगति और शुक्र में एक नई रुचि के फलने-फूलने के साथ, अब पृथ्वी के सहोदर ग्रह की ओर हमारी नजरें मोड़ने का एक उत्कृष्ट समय है।
द कन्वरसेशन एकता